JP2705094B2 - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関のシリンダ内に流入する燃料の挙
動を記述した燃料挙動モデルに則って、燃料噴射弁から
の燃料噴射量を制御する内燃機関の燃料噴射量制御装置
に関する。

［従来の技術］ 従来より、線形制御理論に基づく内燃機関の燃料噴射
制御装置が開示されている（特開昭59−196930号公報，
特開昭60−162027号公報等）。このような技術では、例
えば内燃機関の基本燃料噴射量の補正値を制御入力、空
燃比センサを用いて検出した空燃比の実測値を制御出力
とし、該入出力値間に線形な近似が成り立つものとして
同定を行い、内燃機関の動的な振舞いを記述したモデル
を求め、これに基づき燃料噴射量を制御する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の技術では、上記制御入力量と制
御出力量との関係が、本来非線形であること、及び実際
の内燃機関の動的な振舞いが必ずしも一定ではないこと
により、下記に示す様に燃料噴射量の制御が不安定にな
ったり 制御精度が悪化する場合が考えられる。

（Ｉ）入力量と出力量との関係が非線形であることによ
る従来の課題： 従来の技術では、線形近似が成り立つとみなし得る複
数の運転領域毎にモデルを求め、このモデルに基づき各
運転領域毎に制御則を設定し、これを内燃機関の運転状
態に応じて切り替えていた。このため、制御精度が不十
分となる上、各運転領域の境界点では制御則の切り替え
のために制御が不安定になる。

（II）内燃機関の動的な振舞いが一定でないことによる
従来の課題： 内燃機関の動的な振舞いは、例えば、吸気系内に可変
機構を持ち吸気ポート内の流れに影響を与えるディバイ
スを備える場合、噴射燃料を微粒化し流れの影響が強く
現れる燃料噴射装置を備える場合、又は吸気ポート、吸
気弁等へのデポジット付着による燃料挙動の変化等が内
燃機関にある場合等には、少なからず変化する。

このため、モデルのパラメータを自動調整（セルフチ
ューニング）することも行われている（前述の特開昭60
−162027号公報等）。

この自動調整とは、制御対象を下記（１）式に示す様
にモデル化し、Ｙ（ｋ）,u（ｋ）の計測結果よりa1〜a
n,b1〜bnを自動的に調整するものである。

Ｙ（ｋ）＝a1＋Ｙ（ｋ−１）＋a2＋Ｙ（ｋ−２）＋…＋
an＋Ｙ（ｋ−ｎ） ＋b1＋ｕ（ｋ−１）＋b2＋ｕ（ｋ−２）＋…＋bn＋ｕ
（ｋ−ｎ）…（１） ｕ（ｋ）：制御入力 Ｙ（ｋ）：制御出力 a1〜an,b1〜bn:パラメータ しかし、この場合には、推定パラメータが多いので、
パラメータ変化に対する遅れが大きくなりがちであり、
噴射噴射量制御の応答性が低下するという課題があっ
た。

このような課題を解決するために、各種の状態方程式
と出力方程式とからなる燃料挙動モデルを構築し、その
出力方程式によってパラメータを推定して燃料噴射の制
御を行う技術が提案されている。しかしながらそれらの
モデルを用いた場合でも、空燃比センサ等からのノイズ
の影響を受けることがあった。

本発明は、空燃比センサ等のノイズの影響を減少さ
せ、空燃比の検出値やその検出値を用いて算出した各種
の値を適切な値とし、それらの値に基づく内燃機関の制
御の安定性および精度をともに向上することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するためになされた本発明の構成は、
第１図に例示する様に、 内燃機関M1の吸気管壁面M2への付着燃料量fw及び吸気
管M3内での蒸発燃料量fvを状態変数として、燃料噴射弁
M5からの噴射燃料量ｑ、内燃機関M1の回転速度ω、吸気
管壁面M2付着燃料の蒸発量Vf、シリンダM4内に流入した
燃料量に相当する流入燃料量mc・λに基づき、上記内燃
機関M1のシリンダM4内に流入する燃料の挙動を記述した
下記の状態方程式（イ）及び出力方程式（ロ） （但し、ｋは吸気行程におけるｋ番目のサイクル、a1、
a2、a3、a7、a9はパラメータを表す。） からなる燃料挙動モデルに則って、燃料噴射弁M5からの
噴射燃料量ｑを制御する内燃機関M1の噴射燃料量制御装
置であって、 上記内燃機関M1の回転速度ω，吸気管壁面M2から蒸発
する燃料の壁面蒸発量Vf、シリンダM4内に流入した燃料
量に相当する流入燃料量mc・λ，及び燃料噴射弁M5から
の燃料噴射量ｑを含む運転状態を検出する運転状態検出
手段M6と、 該運転状態検出手段M6によって検出した上記回転速度
ω，壁面蒸発量Vf、流入燃料量mc・λ，及び燃料噴射量
ｑに基づき、上記燃料挙動モデルにしたがって付着燃料
量fwおよび蒸発燃料量fvを含む燃料の挙動を予測する燃
料挙動予測手段M7と、 該燃料挙動予測手段M7によって予測した付着燃料量fw
および蒸発燃料量fvを用い、上記流入燃料量mc・λおよ
び燃料噴射量ｑとの関係を定める線形の上記出力方程式
のみに基づいて、上記燃料挙動モデルを表すパラメータ
a1,a9を推定するパラメータ推定手段M8と、 該パラメータ推定手段M8によって推定したパラメータ
a1,a9が、所定範囲内であるか否かを判定し、所定範囲
内の場合には、上記推定したパラメータa1,a9を採用
し、一方、所定範囲外の値の場合には、予め定められた
値をパラメータa1,a9の値として採用するパラメータ限
定手段M9と、 該パラメータ限定手段M9によって限定したパラメータ
a1,a9を平滑化するパラメータ平滑化手段M10と、 該パラメータ平滑化手段M10で平滑化されたパラメー
タa1,a9に基づき、上記燃料挙動モデルのパラメータを
更新するパラメータ更新手段M11と、 該パラメータ更新手段M11によって更新されたパラメ
ータa1,a9を用い、上記燃料挙動モデルに基づいて設定
された燃料噴射量算出式に従って、燃料噴射量ｑを制御
する噴射量制御手段M12と、 を備える内燃機関の燃料噴射量制御装置を要旨とす
る。

ここで、上記運転状態検出手段M6とは、例えば以下に
示す手法によって、内燃機関M1の回転速度ω，吸気管壁
面M2から蒸発する燃料の壁面蒸発量Vf、シリンダM4内に
流入した燃料量に相当する流入燃料量mc＋λ，及び燃料
噴射弁M5からの燃料噴射量ｑを検出するものである。

即ち、上記回転速度ωは、周知の回転速度センサによ
って検出することができる。

また、吸気管壁面M2からの燃料の蒸発量である壁面蒸
発量Vfは、吸気管M3内での燃料の飽和蒸気圧Psと吸気管
M3内部の圧力（吸気管圧力）Ｐとの関数として求めるこ
とができる。この飽和蒸気圧Psはセンサにより直接検出
することは難しい。しかし飽和蒸気圧Psは吸気壁壁面M2
への付着燃料温度Ｔの関数であり、この付着燃料温度Ｔ
は内燃機関M1のウォータジャケット水温或は吸気ポート
付近のシリンダヘッド温度によって代表させることがで
きる。従って、温度センサによりウォータジャケット水
温或はシリンダヘッド温度を検出し、その検出結果の温
度Ｔをパラメータとする例えば次式（２）に示す如き演
算式を用いて、飽和蒸気圧Psを求めることができ。

Ps＝β１＋T²−β２＋Ｔ＋β３ …（２） （但し、β1,β2,β3:定数） 即ち、壁面蒸発量Vfは、ウォータジャケット水温或は
シリンダヘッド温度を検出する温度センサからの検出信
号に基づき飽和蒸気圧Psを求め、更に周知の吸気圧セン
サを用いて吸気管圧力Ｐを検出し、これら各値Ps及びＰ
をパラメータとするデータマップ或は演算式を用いて検
出するようすればよい。また、この壁面蒸発量Vfは、飽
和蒸気圧Psによって大きく変化するので、飽和蒸気圧Ps
をパラメータとする次式（３） Vf＝β４＋Ps …（３） （但し、β4:定数） を用いて近似的に求める様にしてもよい。

また、シリンダM4内に流入した燃料量に相当する流入
燃料量mc＋λは、例えば空気量mcと、シリンダM4内に流
入した燃料混合気の燃料と空気との比を表す燃空比λと
の積として求めることができる。上記燃空比λは、例え
ば空燃比センサによって検出することができ、また空気
量mcは、以下の手法で検出することができる。

吸気管圧力Piと吸気温度Tiと内燃機関M1の回転速度ω
とをパラメータとする次式（４）により算出して空気量
mcを求める。

mc＝｛β×（ω）＋Pi−βＹ（ω）｝/Ti …（４） ただし、β×（ω），βＹ（ω）はωの関数 吸気管圧力Piと内燃機関M1の回転速度ωとをパラメー
タとするマップにより基本空気量ｍを求め、その算出結
果を吸気温度Tiによって補正して空気量mcを求める。

エアフロメータの検出値から吸気行程時の空気量mcを
推定して求める。

また、上記燃料噴射量ｑは、例えば燃料噴射弁M5から
噴射された燃料量を直接に、或は噴射量制御手段M12の
制御状態、例えば開弁信号のパルス幅等から検出するこ
とができる。

次に、上記燃料挙動予測手段M7は、流入燃料量mc・λ
と噴射燃料量ｑとに基づき、下記の（５）式に示す状態
方程式と（６）式に示す出力方程式からなる燃料挙動モ
デルにしたがって、付着燃料量fw及び蒸発燃料量fvを含
む燃料の挙動を予測する。

ｋ…吸気サイクル fw（ｋ）,fw（ｋ＋１）…付着燃料量 fv（ｋ）,fv（ｋ＋１）…蒸発燃料量 a1,a2,a3,a7,a9…パラメータ ｑ（ｋ）…噴射燃料量 Vf（ｋ）…壁面蒸発量 ω（ｋ）…内燃機関M1の回転速度 mc（ｋ）・λ（ｋ）…流入燃料量 以下、燃料挙動モデルの構築とそれによる燃料挙動の
予測について詳しく説明する。

燃料挙動モデルの構築： 内燃機関M1のシリンダM4内に流入する試料量fcは、下
記（７）式に示す様に記述することができる。

fc（ｋ）＝α４＋ｑ（ｋ）＋α９＋fw（ｋ）＋α７＋fv
（ｋ） …（７） α４…パラメータ（α４＝１−α１−α３） α４＋ｑ（ｋ）…燃料噴射弁M4からの直接流入量 α９＋fw（ｋ）…吸入管壁面M2からの間接流入量 α７＋fv（ｋ）…蒸発燃料の流入量 また、上記（７）式により表すことにできる流入燃料
量fc（ｋ）は、前述の様に空気量mc（ｋ）と燃空比λ
（ｋ）を用いて、下記（８）式に示す様に記述すること
ができる。

fc（ｋ）＝mc（ｋ）＋λ（ｋ） …（８） 更に、上記吸入管壁面M2への付着燃料量fw（ｋ）は、
燃料混合気の吸入サイクル毎にシリンダM4内への流入に
よって、パラメータα９に対応した比率で減少するとと
もに、燃料噴射弁M5から噴射される燃料の一部の付着に
よってパラメータα１に対応した比率で増加し、更に燃
料の吸気管M3内への蒸発によってα２＋Vf（ｋ）／ω
（ｋ）だけ減少する。

したがって、付着燃料量fw（ｋ）は、下記（９）式に
示す様に記述することができる。

fw（ｋ＋１）＝（１−α９）＋fw（ｋ）＋α１＋ｑ
（ｋ） −α２＋Vf（ｋ）／ω（ｋ） …（９） 一方、吸気管M3内部での蒸発燃料量fw（ｋ）は、吸気
サイクル毎にシリンダM4内への流入によってパラメータ
α７に対応した比率で減少し、燃料噴射量ｑ（ｋ）の一
部が蒸発することによりパラメータα３に対応した比率
で増加し、更に吸気管壁面M2からの燃料の蒸発によりα
２＋Vf（ｋ）／ω（ｋ）だけ増加する。

故に、蒸発燃料量fv（ｋ）は下記（10）式に示す様に
記述することができる。

fv（ｋ＋１）＝（１−α７）＋fv（ｋ）＋α３＋ｑ
（ｋ） ＋α２＋Vf（ｋ）／ω（ｋ） …（10） 従って、吸気サイクルをサンプリング周期として、離
散系で表現された上記（７）式ないし（10）式を付着燃
料量fw（ｋ）、蒸発燃料量fv（ｋ）を状態変数、流入燃
料量fc（ｋ）（mc（ｋ）＋λ（ｋ））を出力とみてまと
めると、既述した（５）式，（６）式が得られ、これに
対して、システム同定の手法により各パラメータの値が
定まる。

燃料挙動の予測： 計測もしくは算出して求めた燃料噴射量ｑ（ｋ），壁
面蒸発量fv（ｋ），回転速度ω（ｋ），流入燃料量mc/
（ｋ）＋λ（ｋ），（５）式及び（６）式により、状態
変数fw（ｋ）、fv（ｋ）を予測する。

なお、この燃料挙動予測手段M7としては、例えば、最
小次元オブザーバ（Minimal Order Observer）、同一次
元オブサーバ（Identity Observer）、有限整定オブザ
−バ（Dead Beat Observer）、線形関数オブザーバ（Li
near Function Observer）あるいは適応オブザーバ（Ad
aptive Observer）として、古田勝久他著「基礎システ
ム理論」（昭和53年）コロナ社、あるいは古田勝久他著
「メカニカルシステム制御」（昭和59年）オーム社等、
に詳解されている周知の設計法により構成することがで
きる。

また、上記パラメータ推定手段M8とは、上記付着燃料
量fw（ｋ）と蒸発燃料量fv（ｋ）とを状態変数とする燃
料挙動モデルが、状態方程式と出力方程式とが以下に述
べる様な特別な構造であることを利用しているものであ
る。

即ち、本実施例の制御系は、前述の（５）式及び
（６）式に示した物理モデルに基づき設計されている。
この物理モデルは非線形であるので、まず該物理モデル
を線形近似する。

上記（５）式，（６）式において、 とすると、（５）式，（６）式は で表すことができる。

これによって、線形な（17）式のみによって、パラメ
ータ を推定して更新することができる。即ち、その推定した
パラメータ に後述する演算を行なって新規のパラメータ とし、その新規のパラメータ 線形であることを要しない（16）式のパラメータ として更新するものである。

上記パラメータ の推定例を、前記（５）式，（６）式の場合について説
明する。ここでは、燃料挙動の影響が大きく表れるパラ
メータα1,α９が変化するものとし、パラメータα2,α
3,α７は燃料挙動の影響が極めて小さいので変化しない
ものと仮定する。なお、ここで行うパラメータの同定方
法は、中溝高好著「線形離散時間システムの同定手法−
Ｉ」システムと制御Vol.25 No.8 p476〜489 1981年に詳
しく記述されている。

出力方程式（６）式は、下記（18）式に示す様に記述
することができる。

mc（ｋ）＋λ（ｋ）−α７＋fv（ｋ） ＝α９＋fw（ｋ）＋（１−α１−α３）＋ｑ（ｋ） …（18） （18）式の左辺および各パラメータ等を下記（19）式
ないし（23）式の様に表す。

Ｙ（ｋ）＝mc（ｋ）＋λ（ｋ）−α７＋fv（ｋ） …（19） X1（ｋ）＝fw（ｋ）…（20） X2（ｋ）＝ｑ（ｋ）…（21） a1＝α９…（22） a2＝１−α１−α３…（23） 上記（19）式ないし（23）式により、上記（18）式
は、下記（24）式に示す様に記述することができる。

Ｙ（ｋ）＝a1＋X1（ｋ）＋a2＋X2（ｋ）…（24） 従って、燃料量mc（ｋ）＋λ（ｋ）と燃料量ｑ（ｋ）
とを計測し、またそれらの計測値を用い（５）式，
（６）式に基づいて燃料量fw（ｋ）,fv（ｋ）を計算し
て、（19）ないし（21）式に代入することにより、（2
4）式のＹ（ｋ）,X1（ｋ）,X2（ｋ）を知ることができ
る。

次に、上記の様にして求めたＹ（ｋ）,X1（ｋ）,X2
（ｋ）を用いて、係数α9,α１を求める方法について説
明する。

まず、Ｙ（ｋ）とa1＋X1（ｋ）＋a2＋X2（ｋ）との誤
差ｅ（ｋ）を下記（25）式に示す様に記述し、この評価
関数Jeを下記（26）式とする。

ρは０＜ρ≦１の間に設定され、過去値になるほど重
みを小さくして推定値への寄与を減少させるためのForg
etteing Factorである。

従って、上記（26）式を最小とするa1（ｋ）,a2
（ｋ）を求めることにより，後述する吸気サイクル（ｋ
＋１）において、目標空燃比λｒに最も誤差が少ない燃
料噴射量ｑを与えるパラメータα1,α９を、下記（27）
式、（28）式から推定することができるものである。

α９＝a1（ｋ）…（27） α１＝１−a2（ｋ）−α３…（28） また、上記パラメータ限定手段M9とは、上記パラメー
タ推定手段M8によって求めたパラメータα1,α９が、ノ
イズ等の影響によって、例えばマイナスの様な不適の値
になるか否かを判定して、適正な値を設定するものであ
る。具体例としては、上記パラメータのα１又はα９が
０以下であれば、各々α1,α９を０と設定し、一方、α
１又はα９が１以上であれば、各々α1,α９を１と設定
するものである。

また、上記パラメータ平滑化手段M10とは、パラメー
タ限定手段M9によって定めたパラメータα1,α９を平滑
化して、より適正な値にするものであり、例えば以下の
方法によって、各パラメータα1,α２を平滑化する。

過去Ｎ回の吸気サイクルの値を算術平均することによ
って各量を平滑化する。即ち、 α１（ｋ）＝1/N＋｛α１（ｋ−１）＋α１（ｋ−２）
…α１（ｋ−ｎ）｝ …（29） α９（ｋ）＝1/N＋｛α９（ｋ−１）＋α９（ｋ−２）
…α９（ｋ−ｎ）｝ …（30） １次遅れのフィルタ処理を行って、各量を平滑化す
る。即ち、 α１（ｋ＋１）＝Ａ＋α１（ｋ）＋（１−Ａ）＋α１
（ｋ−１）…（31） α９（ｋ＋１）＝Ａ＋α９（ｋ）＋（１−Ａ）＋α９
（ｋ−１）…（32） Ａは重みを設定するファクタであり、０＜Ａ＜１の範
囲で設定する。これによって、前回推定したパラメータ
と今回推定したパラメータのどちらかを重視して平滑化
して、次のパラメータを設定できる。

また、上記パラメータ更新手段M11とは、上記（29）
式及び（30）式、又は（31）式及び（32）式で平滑化し
て求めたパラメータα１（ｋ＋１），α９（ｋ＋１）を
用いて、状態方程式である上記（５）式のパラメータを
更新するものである。

また、上記噴射制御手段M12とは、パラメータ更新手
段M12によって更新されたパラメータを用いた燃料挙動
モデルに基づいて、燃料噴射量ｑ（ｋ）を計算し、制御
するものである。

次に、上記（５）式，（６）式によって表現される燃
料挙動モデルの燃料噴射量ｑ（ｋ）の求め方について説
明する。

まず、（５）式，（６）式の評価関数Ｊを下記（33）
式とする。

Ｊ＝ｅ＋｛（mc（ｋ）＋λｒ−mc（ｋ）＋λ（ｋ＋
１）｝² ＝ｅ＋［mc（ｋ）＋λｒ−α９＋（１−α９）＋fw
（ｋ） −α７＋（１−α７）＋fv（ｋ） −（α９＋α１＋α７＋α３）＋ｑ（ｋ） −（１−α１−α３）＋ｑ（ｋ＋１） −（α７−α９）＋α２＋Vf（ｋ）／ω（ｋ）］² …（33） ｅ…期待値 λｒ…目標燃空比 ここでｑ（ｋ）≒ｑ（ｋ−１）と置くことで（33）式
は下記（34）式となる。

Ｊ＝ｅ｛［mc（ｋ）＋λｒ−α９＋（１−α９）＋fw
（ｋ） −α７＋（１−α７）＋fv（ｋ） −｛α９＋α１＋α７＋α３＋（１−α１−α３）｝＋
ｑ（ｋ） −（α７−α９）＋α２＋Vf（ｋ）／ω（ｋ）］²｝ …（34） 次いで下記（35）式により上記（34）式の評価関数Ｊ
を最小とする燃料噴射量ｑ（ｋ）を下記（36）より求め
る。

∂J/∂ｑ（ｋ）＝−２［mc（ｋ）＋λｒ −α９＋（１−α９）＋fw（ｋ） −α７＋（１−α７）＋fv（ｋ） −（α９＋α１＋α７＋α３＋１−α１−α３）＋ｑ
（ｋ） −（d7−d9）＋d2＋Vf（ｋ）／ωＩ ＋（α９＋α１＋α７＋α３＋１−α１−α３） ＝０ …（35） ｑ（ｋ）＝｛mc（ｋ）＋λｒ−α９＋（１−α９）＋fw
（ｋ） −α７＋（１−α７）＋fv（ｋ） −（α７−α９）＋α２＋Vf（ｋ）／ω（ｋ）｝ ／（α９＋α１＋α７＋α３＋１−α１−α３） …（36） 従って、この（36）式により燃料噴射量ｑ（ｋ）が求
められる。

［作用］ 本発明の内燃機関M1の燃料噴射量制御装置は、運転状
態検出手段M6によって、内燃機関M1の回転速度ω，吸気
管壁面M2から蒸発する燃料の壁面蒸発量Vf、シリンダM4
内に流入した燃料量に相当する流入燃料量mc＋λ，及び
燃料噴射弁M5からの燃料噴射量ｑを含む運転状態を検出
し、その検出した値を用いた燃料挙動モデルに基づい
て、燃料挙動予測手段M7によって付着燃料量fwおよび蒸
発燃料量fvを含む燃料の挙動を予測する。次いで、パラ
メータ推定手段M8によって、線形の出力方程式のみか
ら、燃料挙動モデルのパラメータを予測する。そして、
パラメータ限定手段M9によって、上記予測したパラメー
タのうち不適当なものを限定し、パラメータ平滑化手段
M10によって、上記限定したパラメータを平滑化する。
次に、パラメータ更新手段M11により、平滑化したパラ
メータを用いて上記燃料挙動モデルを表すパラメータを
更新する。

そして、噴射量制御手段M12により、更新されたパラ
メータを用いた燃料挙動モデルにしたがい、各燃料量mc
＋λ,q,fw,fv等に基づいて、燃料噴射弁M5からの燃料噴
射量ｑを制御する。

即ち、上記パラメータ限定手段M9及びパラメータ平滑
化手段10によって、パラメータへのノイズ等の影響が減
少するので、そのパラメータを用いた燃料挙動モデルに
基づいて実行される燃料噴射の制御が適切に行われる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明が適用されるシステムの概略構成を、
内燃機関（エンジン）10を中心に示すものである。

エンジン10は、エンジンコントローラ12によって制御
されるものであり、エアクリーナ14の近傍には、吸気温
度Tiを検出して吸気温信号を出力する吸気温センサ16が
設けられている。

この吸気温センサ16の下流側には、スロットルバルブ
20が配置され、このスロットルバルブ20には、スロット
ルバルブ全閉状態で「オン」する（LL「オン」）アイド
ルスイッチ22と、スロットルバルブ20の開度を検出する
スロットルセンサ24とが取り付けられている。

該スロットルバルブ20の下流側には、サージタンク26
が形成され、吸気管圧力Piを検出して吸気圧信号を出力
する吸気圧センサ27が設けられている。

この吸気圧センサ27が設けられたサージタンク26の下
流には、インデークマニホールド28および吸入ポート30
が設けられている。

そして、吸入ポート30には、エンジンコントローラ12
からの開弁信号によって、開弁する燃料噴射弁32が取り
付けられている。

さらに、燃料噴射弁32から噴射された燃料を燃焼させ
る燃焼室34の下流側にはエキゾーストマニホールド36が
設けられている。

また、エキゾーストマニホールド36には、排出ガスの
残留酸素濃度から燃空比λを検出して、燃空比信号を出
力する酸素センサ38が取り付けられている。

上記燃焼室34を形成するエンジンブロック40には、ウ
ォータジャケット内の冷却水温を検出して冷却水温信号
を出力するエンジン水温センサ42が取り付けられてい
る。

そして、燃焼室34に取り付けられた点火プラグ44に
は、エンジンコントローラ12からの出力に応じて点火時
期が制御されるイグナイタ46からの高電圧からディスト
リビュータ48を介して供給されている。

また、ディストリピュータ48には、エンジンの回転速
度ωを検出してエンジン回転速度信号を出力するエンジ
ン回転速度センサ50と気筒判別信号を出力する気筒判別
センサ52とが取り付けられている。

上記エンジンコントローラ12は、入出力インターフェ
ース64、記憶部66、および中央処理部68を備え、以下に
示す処理を行う。

（１）エンジン10の各部のセンサからの信号等を、入出
力インターフェイス64を介して入力する処理。

（２）上記入力された各種の信号に基づき、記憶部66に
記憶されている第３図に示す燃料噴射制御ルーチン、図
示しない各種制御ルーチンのプログラム、及びデータ等
にしたがって、各種駆動信号を中央処理部68で演算する
処理。

（３）中央処理部68の演算結果に基づいて、エンジン10
の各部の駆動信号等を入出力インターフェイス64から出
力する処理。

次に、第３図に示すフローチャートによって、エンジ
ン10の作動時に実行される本実施例の燃料噴射制御ルー
チンを説明する。

第３図のルーチンが起動されると、まずイニシャライ
ズ処理が実行される（ステップ100〜130）。

即ち、下記処理を順に実行する。

付着燃焼量fwに初期値fw（０）を、蒸発燃料量fvに初
期値fv（０）を設定する（ステップ100）。

そして、後述の値a1,a2の算出に使用する変数Ｙに初
期値Ｙ（０）を、変数X1に初期値X1（０）を、変数明X2
に初期値X2（０）を設定する（ステップ105）。

次いで、パラメータα９に始動時の付着燃料量が「ゼ
ロ」の状態に基づいて定められた初期値α９（０）を、
一方、パラメータα１に始動時の水温等に基づいて定め
られた初期値α１（０）を設定する（ステップ110）。

次に、値a1にパラメータα９を、値a2に「１−α１−
α３」を設定する（ステップ120）。

次いで、行列式Ｐに を設定する（ステップ130）。なお、ｐは十分大きな正
数である。

上記イニシャライズが完了した後は、下記に示す様
に、エンジン10の回転速度ω、空気量mc、燃空比λの計
測及び燃料の壁面蒸発量Vfの計算を行う（ステップ14
0）。

回転速度ωは、エンジン回転速度センサ50の検出値を
入出力インターフェイス64を介して入力することにより
求められる。空気量mcは、上記回転速度ω，吸気圧セン
サ27で検出した吸気量圧力Piを用いて、第４図に示すマ
ップから基本空気量ｍを求め、吸気温センサ16で検出し
た吸気温度Tiで補正して算出する。燃空比λは、酸素セ
ンサ38の検出値を入出力インターフェイス64を介して入
力することにより求められる。

燃料の壁面蒸発量Vfは、（２）式および（３）式に基
づき、入出力インターフェイス64を介して入力したエン
ジン水温センサ42の検出値（冷却水温）Ｔにしたがって
算出する。

上記実際の運転状態を示す各値の検出を行った後は、
目標燃空比λｒの算出を行う（ステップ150）。

この目標燃空比λｒは、第５図に示す予め設定された
マップに基づき、エンジン10の回転速度ωと吸気管圧力
Piとにしたがって、エンジンの運転状態を最適にする値
が求められるものである。

上記各値の検出及び算出を行った後は、燃料噴射量ｑ
の算出及び該燃料量ｑを実際に噴射する制御を行う（ス
テップ160）。

即ち、先ず（36）式に基づき、上記検出、算出、また
は設定された空気量mc、目標燃空比λｒ、パラメータα
9,α1,付着燃料量fw,蒸発燃料量fv,壁面蒸発量Vf,回転
速度ω，及び予め設定されたパラメータα7,α3,α２に
したがって、燃料噴射量ｑを算出する。次いで、エンジ
ン10のクランク位置が所定位置に達したとき、上記燃料
噴射量ｑに対応する時間だけ燃料噴射弁32を開弁する。
即ち燃料噴射が実行される。

上記燃料噴射を実行した後、付着燃料量fw及び蒸発燃
料量fvの予測を行う（ステップ170）。

該予測は、本実施例の燃料挙動モデルを示す状態方程
式（５）式および出力方程式（６）式から、オブザーバ
によって、付着燃料量fw及び蒸発燃料量fvを予測するも
のである。

上記予測燃料量fw、fvを算出することにより、既述し
た（19）式ないし（24）式によって値Y,X1,X2を求める
（ステップ180）。

続いて、既述した（25）式い示す誤差ｅ（ｋ）の評価
関数Jeを最小とする値a1、a2を（26）式から算出する
（ステップ190〜210）。即ち、ここでは（26）式を最小
とする値a1,a2を以下のアルゴリズムで求めるものであ
る。

下記（37）式により行列［K1 K2］^Tを算出する（ステ
ップ190）。

［K1（ｋ）K2（ｋ）］^T＝Ｐ（ｋ−１）＋［X1（ｋ） X2
（ｋ）］^T ／｛ρ＋［X1（ｋ） X2（ｋ）］＋Ｐ（ｋ−１） ＋［X1（ｋ） X2（ｋ）］^T｝ …（37） 下記（38）式により行列Ｐ（ｋ）を算出する（ステッ
プ200）。

Ｐ（ｋ）＝1/ρ＋｛Ｅ−［K1（ｋ） K2（ｋ）］^T＋［X1
（ｋ） X2（ｋ）］｝ ＋Ｐ（ｋ−１） …（38） 下記（39）式により行列［a1 a2］^Tを算出する（ステ
ップ210）。

［a1 a2］^T＝［a1（ｋ−１）a2（ｋ−１）］＋［K1
（ｋ） K2（ｋ）］^T ＋｛Ｙ（ｋ）−［X1（ｋ） X2（ｋ）］ ＋［a1（ｋ−１） a2（ｋ−１）］^T｝ …（39） 上記行列［a1 a2］^T算出アルゴリズムにより、値a1,a
2が求められることによって、既述した（27）式，（2
8）式によりパラメータα1,α９を算出し、既述した
（５）式，（６）式および（36）式のパラメータを推定
する（ステップ220）。

次に、推定したパラメータα1,α９が、ノイズ等の影
響によって、マイナス等の不適な値となることを防止す
るために、リミッタを設けて適切な値に設定する。即
ち、パラメータα１が予め設定した上限値α1max（例え
ば１）を超えたときには（ステップ230）、パラメータ
α１を上限値α1maxの１と設定する（ステップ240）。
またパラメータα１が予め設定した下限値α1min（例え
ば０）を下回るときには（ステップ250）、パラメータ
α１を下限値α1maxの０と設定する（ステップ260）。
一方、パラメータα９が予め設定した上限値α9max（例
えば１）を超えたときには（ステップ270）、パラメー
タα９を上限値α9maxの１と設定する（ステップ28
0）。またパラメータα９が予め設定した下限値α9min
（例えば０）を下回るときには（ステップ290）、パラ
メータα９を下限値α9maxの０と設定する（ステップ30
0）。

次に、この様に設定したパラメータα1,α９の値か
ら、より好適にノイズ等の影響を除去するために、上述
した（31），（32）式に基づいてパラメータα1,α９の
平滑化を行い、パラメータα1,α９の新規な値を算出す
る。

この算出によって求めた新規のパラメータの値を採用
して、既述した（５）式，（６）式及び（36）式のパラ
メータα1,α９を更新する（ステップ310）。

この様に、推定したパラメータの限定及び平滑化を行
うことにより、ノイズの影響の少ない適正なパラメータ
を得ることができ、そのパラメータを用いて燃料挙動モ
デルのパラメータを更新することにより、例えば空燃比
センサ25によって検出される燃空比λへのノイズの影響
を減少させることができる。即ち、上記ステップ230な
いしステップ310で修正されたパラメータを用いること
により、ステップ160に戻って算出される燃料噴射量ｑ
が適正なものとなり、その燃料噴射量ｑを用いてステッ
プ210でa1,a2の値が算出される。更にそのa1,a2の値に
基づいて、ステップ220で再度パラメータが算出される
ので、そのパラメータは前回算出されたパラメータより
適切なものとなる。そしてこのパラメータを再び限定及
び平滑化し、次回の燃料噴射量ｑの算出に用いる。従っ
て、この様な処理を繰り返すことにより、燃料噴射量の
制御を好適に行うことができるので、エンジン１の燃焼
噴射量ｑの制御の安定性及び精度を向上させることがで
き、常にエンジン１の変化に適切に追従することができ
る。

次に、パラメータα1,α９の上下限の限定及び平滑化
の効果を示す上記実施例のシュミレーション結果を第６
図〜第８図に示し、従来のパラメータα1,α９を変化さ
せないセルフチューニングと対比する。

ここでは計算条件として、第６図に示す様に、サンプ
リングナンバーｋ＝０〜500までは、α１＝0.4,α９＝
0.1,fw（０）＝0,fv（０）＝０とし、目標燃料量mc＋λ
＝50mg,α２＋Vf（ｋ）／ω（ｋ）＝10mg,α３＝0,α７
＝0.09とした。サンプリングナンバーｋ＝500〜1000ま
では、α１＝0.3,α＝90.02となる様に、制御対象を変
化させた。

上記計算条件によるシュミレーションの結果は、第７
図に示す様に、パラメータα1,α９の推定値は計算条件
のα1,α９に良く追従している。即ち、燃料挙動モデル
のパラメータα1,α９がエンジンの変化に常に追従し
て、正確にエンジンの燃料挙動を表している。

目標燃料量mc＋λｒに対する実際の燃料量mc（ｋ）＋
λ（ｋ）の変化率｛mc＋λｒ−mc（ｋ）＋λ（ｋ）｝/m
c＋λｒは、第８図に示す様に、従来のパラメータα1,
α９一定のセルフチューニングでは、外乱があったｋ＝
500から約150回が経過するまで大きくなっているが、本
実施例によれば、外乱後、すぐに「０」に収束してい
る。即ち、本実施例により、燃料噴射量ｑ（ｋ）が適切
に制御され、燃料量mc（ｋ）＋λ（ｋ）が目標燃料量mc
＋λｒに良く追従制御されている。

以上に説明した様に、本実施例は、以下の極めて優れ
た効果を奏する。

燃料挙動モデルを表すパラメータのうちで、デポジッ
ト付着等のエンジン10の経時変化によって大きく影響を
受けるパラメータα１を自動的に調整できることから経
時的制御精度を向上することができる。

機種間のばらつき、例えば吸気系のばらつき等により
大きく影響を受けるパラメータα９を自動的に調整でき
ることから、製造時の調整工程を大幅に短縮でき、しか
も制御精度も向上することができる。

状態方程式（５）が線形であることを要しないことか
ら、線形近似を行う必要もなく、しかも実際のエンジン
10により適合したモデルに基づいて高精度の制御を行う
ことができる。また、制御の安定性も向上する。

従来のセルフチューニングに比較して、推定するパラ
メータが２つ（α1,α）でよいことから、パラメータを
早く推定し、かつ更新することができる。これにより、
制御の追従性及び精度が向上する。

計測した値に含まれるノイズ等の影響によって、パラ
メータが所定範囲外の不適切な値となった時には、所定
範囲内の値に設定するので、ノイズ等の影響を低減する
ことができ、制御精度を向上させることができる。

パラメータの平滑化を行うので、上記と同様にパラメ
ータに対するノイズ等の影響を低減することができ、制
御精度を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、
種々の態様で実施が可能である。

［発明の効果］ 本発明の内燃機関の燃料噴射量制御装置は、出力方程
式のみによって燃料挙動モデルを表すパラメータを推定
し、所定範囲内の値に限定してから平滑化して更新する
こと等により、以下に示す極めて優れた効果を奏する。

燃料挙動モデルを表すパラメータをエンジンの経時変
化に応じて自動的に調整できることから、経時的制御精
度を向上することができる。

機種間のばらつきを自動的に調整できることから、製
造時の調整工程を大幅に短縮でき、しかも制御精度も向
上することができる。

状態方程式が線形であることを要しないことから、よ
り高精度な制御モデルを利用することができ、しかも制
御安定性が向上する。

従来のセルフチューニングに比較して、推定するパラ
メータが少ないことから、パラメータを高い追従性で更
新することができる。これにより、制御の追従性及び精
度が向上する。

パラメータが不適切な値となった時には、所定範囲内
の適切な値に設定するので、パラメータに対するノイズ
等の影響を低減することができ、制御精度を向上させる
ことができる。

パラメータの平滑化を行うので、上記と同様にパラメ
ータに対するノイズ等の影響を低減することができ、制
御精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を例示する構成図、第２図
は一実施例の構成図、第３図は実施例の燃料噴射制御の
フローチャート、第４図はその燃料量mcマップの説明
図、第５図は同じく目標燃空比λｒマップの説明図、第
６図は実施例の核燃料量の変化特性を示すグラフ、第７
図は実施例のパラメータの推定値の変化状態を示すグラ
フ、第８図は本実施例と従来例との制御特性を対比して
示すグラフである。 M1…内燃機関 M2…吸気管壁面 M3…吸気管 M4…シリンダ M5…燃料噴射弁 M6…運転状態検出手段 M7…燃料挙動予測手段 M8…パラメータ推定手段 M9…パラメータ限定手段 M10…パラメータ平滑化手段 M11…パラメータ更新手段 M12…噴射量制御手段 10…エンジン 12…エンジンコントローラ 16…吸気温センサ 27…吸気圧センサ 30…吸入ポート 32…燃料噴射弁 34…燃焼室 38…酸素センサ 50…エンジン回転速度センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸気管壁面への付着燃料量fw及
   び吸気管内での蒸発燃料量fvを状態変数として、燃料噴
   射弁からの噴射燃料量ｑ、内燃機関の回転速度ω、吸気
   管壁面付着燃料の蒸発量Vf、シリンダ内に流入した燃料
   量に相当する流入燃料量mc・λに基づき、上記内燃機関
   のシリンダ内に流入する燃料の挙動を記述した下記の状
   態方程式（イ）及び出力方程式（ロ） （但し、ｋは吸気行程におけるｋ番目のサイクル、a1、
   a2、a3、a7、a9はパラメータを表す。） からなる燃料挙動モデルに則って、燃料噴射弁からの噴
   射燃料量ｑを制御する内燃機関の噴射燃料量制御装置で
   あって、 上記内燃機関の回転速度ω，吸気管壁面から蒸発する燃
   料の壁面蒸発量Vf、シリンダ内に流入した燃料量に相当
   する流入燃料量mc・λ，及び燃料噴射弁からの燃料噴射
   量ｑを含む運転状態を検出する運転状態検出手段と、 該運転状態検出手段によって検出した上記回転速度ω，
   壁面蒸発量Vf、流入燃料量mc・λ，及び燃料噴射量ｑに
   基づき、上記燃料挙動モデルにしたがって付着燃料量fw
   および蒸発燃料量fvを含む燃料の挙動を予測する燃料挙
   動予測手段と、 該燃料挙動予測手段によって予測した付着燃料量fwおよ
   び蒸発燃料量fvを用い、上記流入燃料量mc・λおよび燃
   料噴射量ｑとの関係を定める線形の上記出力方程式のみ
   に基づいて、上記燃料挙動モデルを表すパラメータa1,a
   9を推定するパラメータ推定手段と、 該パラメータ推定手段によって推定したパラメータa1,a
   9が、所定範囲内であるか否かを判定し、所定範囲内の
   場合には、上記推定したパラメータa1,a9を採用し、一
   方、所定範囲外の値の場合には、予め定められた値をパ
   ラメータa1,a9の値として採用するパラメータ限定手段
   と、 該パラメータ限定手段によって限定したパラメータa1,a
   9を平滑化するパラメータ平滑化手段と、 該パラメータ平滑化手段で平滑化されたパラメータa1,a
   9に基づき、上記燃料挙動モデルのパラメータを更新す
   るパラメータ更新手段と、 該パラメータ更新手段によって更新されたパラメータa
   1,a9を用い、上記燃料挙動モデルに基づいて設定された
   燃料噴射量算出式に従って、燃料噴射量ｑを制御する噴
   射量制御手段と、 を備える内燃機関の燃料噴射量制御装置。